JP2006308338A - 超音波画像検査方法、超音波画像検査装置、超音波擬似染色方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学像と音響像とを重ね合わせた画像を表示させることができ、被検査物の性状をより正確に検査することができる超音波画像検査装置を提供すること。
【解決手段】本発明の超音波画像検査装置１は超音波プローブ５を備える。超音波プローブ５は、試料ステージ２に載置された生体組織８に対して超音波を照射し、その反射波を受信して電気信号に変換する。パソコン６は、超音波プローブ５と電気的に接続される。パソコン６は、超音波プローブ５で得られた電気信号に基づいて生体組織８の音響パラメータ値を求める。そしてパソコン６は、音響パラメータ値に基づいてカラー変調処理を行い、着色された音響像データを生成する。パソコン６は、ＣＣＤカメラ１６で取得した光学像データに音響像データを重ね合わせた重合像データを生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波照射による反射波に基づいて被検査物を可視化する超音波画像検査方法、及びそのための超音波画像検査装置、並びに超音波擬似染色方法に関するものである。

従来、医療分野では、生体組織の診断を行う装置として、超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められており、光学顕微鏡と同等の解像度で生体組織の観察が可能なものが実用化されている。光学顕微鏡では生体組織における化学的性質の違いを染色によって区別するのに対し、超音波顕微鏡では物理的性質の違いを無染色で区別することができる。超音波顕微鏡を用いた場合には、染色を行わなくても生体組織診断が実施可能になる。

具体的にいうと、超音波顕微鏡を用いた場合には、生体組織などの試料に超音波を照射し、その反射波を検出することにより、音響パラメータ（音速、音響インピーダンス、減衰などのパラメータ）の値を算出する。そして、そのパラメータ値に応じた音響像（音速像、音響インピーダンス像、減衰像など）を表示装置に表示する。例えば、特許文献１や非特許文献１では、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して生体組織の音速像を表示させる装置が開示されている。
特開２００４−２９４１８９号公報 「医用超音波：パルス励起型超音波音速顕微鏡」（「超音波TECHNO」VOL.15 No.6(2003.11〜12)（１０１〜１０５頁）日本工業出版社発行）

ところで、同一の試料の同じ場所を観察したとしても、光学顕微鏡を用いて取得した光学像と超音波顕微鏡を用いて取得した音響像とでは、通常、見えるものが異なっている。例えば、無染色の光学像においては、生体組織の輪郭は比較的よく見えるが、生体組織における物理的性質や化学的性質の違いについては視認できない。一方、超音波顕微鏡を用いて取得した音響像においては、生体組織の物理的性質（特に硬さ）の違いを視認することができる。そのため、生体組織の光学像及び音響像を観察し、両者を見比べることを通じて、より正確な組織診断を行いたいといった要望がある。ただし、仮に光学像及び超音波像を別々の画面上にて表示したとしても、両者を見比べてその相関性を把握することは、実際上極めて困難である。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検査物の光学像と音響像とを重ね合わせて表示して、被検査物の性状を正確に検査することができる超音波画像検査方法、及びそれを実施するのに適した超音波画像検査装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、染色液を用いて実際に染色を行わなくても、あたかも染色を行ったかのような光学像を得ることができる超音波擬似染色方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して超音波を二次元走査しながら被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物を可視化する超音波画像検査方法であって、前記被検査物に向けて超音波を照射するステップと、前記被検査物の表面からの反射波を用いて前記被検査物の音響パラメータ値を求めるステップと、前記被検査物の音響パラメータ値に基づいてカラー変調処理を行うことにより、着色された音響像データを生成するステップと、光学顕微鏡による前記被検査物の観察により得られる光学像データに、前記着色された音響像データを重ね合わせるステップとを含むことを特徴とする超音波画像検査方法をその要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、超音波が被検査物に向けて照射され、その被検査物の表面からの反射波を用いて検査物の音響パラメータ値が算出される。また、その音響パラメータ値に基づいてカラー変調処理が行われ、着色された音響像データが生成される。そして、光学顕微鏡による被検査物の観察により得られる光学像データに、着色された音響像データが重ね合わせられる。このようにすると、被検査物の光学像と音響像とを重ね合わせた画像（重合像）を表示することが可能となり、被検査物の性状をより正確に検査することができる。

請求項２に記載の発明は、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して超音波を二次元走査しながら被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物を可視化する超音波画像検査装置であって、パルス励起により発振した超音波を被検査物に向けて照射しその反射波を受信して電気信号に変換する超音波トランスデューサと、前記超音波の照射点を二次元的に走査させる二次元走査手段と、前記超音波トランスデューサで得られた前記電気信号に基づいて前記反射波の信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段により検出された前記反射波の信号に基づいて前記被検査物の音響パラメータ値を求める演算手段と、前記被検査物の音響パラメータ値に基づいてカラー変調処理を行うことにより、着色された音響像データを生成する音響像データ生成手段と、光学顕微鏡による前記被検査物の観察により得られる光学像を光学像データとして記憶する光学像データ記憶手段と、前記光学像データに前記着色された音響像データを重ね合わせた重合像データを生成する処理を行う重合像データ生成手段とを備えたことを特徴とする超音波画像検査装置をその要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、超音波トランスデューサにより被検査物に向けて超音波が照射され、その超音波の照射点が二次元走査手段によって二次元的に走査される。このとき、被検査物の表面からの反射波が超音波トランスデューサにより受信されて電気信号に変換され、信号検出手段によりその電気信号に基づいて反射波の信号が検出される。その反射波の信号に基づいて、演算手段により被検査物の音響パラメータ値が求められ、音響像データ生成手段により、その音響パラメータ値に基づいてカラー変調が行われ、着色された音響像データが生成される。また、光学像データ記憶手段には、光学顕微鏡による被検査物の観察により得られる光学像が光学像データとして記憶される。そして、重合像データ生成手段により、光学像データに着色された音響像データを重ね合わせた重合像データが生成される。この重合像データを用いることにより、被検査物の光学像と音響像とを重ね合わせた画像（重合像）を表示することが可能となり、被検査物の性状をより正確に検査することができる。

請求項３に記載の発明は、光学顕微鏡による被検査物の観察により得られる光学像に、前記被検査物の測定により求められた超音波パラメータ値に基づいて得られる色情報を付加することによって、前記光学像を擬似的に染色することを特徴とする超音波擬似染色方法をその要旨とする。

従って、請求項３に記載の発明によると、無染色の光学像であっても、超音波パラメータ値による色情報を付加することにより、あたかも擬似的に染色を行ったかのような光学像とすることができる。

以上詳述したように、請求項１に記載の発明によると、被検査物の光学像に対して音響像を重ね合わせた画像を表示することができ、被検査物の性状を正確に検査することができる超音波画像検査方法を提供することができる。また、請求項２に記載の発明によると、上記の優れた超音波画像検査方法を実施するのに適した超音波画像検査装置を提供することができる。また、請求項３に記載の発明によると、染色液を用いて実際に染色を行わなくても、あたかも染色を行ったかのような光学像を得ることができる超音波擬似染色方法を提供することにある。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態における超音波画像検査装置１を示す概略構成図である。

図１に示されるように、超音波画像検査装置１は、試料ステージ２を有する顕微鏡本体３と、試料ステージ２の上方に設置された対物レボルバ４と、試料ステージ２の下方に設置された超音波プローブ５と、その超音波プローブ５と電気的に接続されたパーソナルコンピュータ（パソコン）６とを備える。

本実施の形態の試料ステージ２は、ユーザの手動操作により、光軸Ａ１に対し直交方向である水平方向（即ちＸ方向及びＹ方向）に移動できるように構成されている。この試料ステージ２には、被検査物としての生体組織８を載置した樹脂プレート９が固定されている。なお、生体組織８は、所定の厚さ（例えば、１０μｍ程度）にスライスされた凍結切片（生体組織切片）である。本実施の形態における生体組織８としては、従来の光学顕微鏡を用いた検査方法とは異なり、染色液による染色を施さない無染色状態の組織切片が用いられる。

また、樹脂プレート９としては、光及び超音波を透過する部材である透明なアクリル板などが用いられる。この樹脂プレート９の試料載置面（上面）において生体組織８のセット部の周縁にリファレンス部材１０が設けられている。

対物レボルバ４は顕微鏡本体３に回転可能に取り付けられており、この対物レボルバ４には、倍率が異なる複数の対物用の光学レンズ（対物レンズ）１１が装着されている。対物レンズ１１の切り替えは、例えば、ユーザが手動で対物レボルバ４を回転させることで行われる。

また、顕微鏡本体３には、操作ハンドル１２を有する焦準調節機構（図示略）が設けられている。この操作ハンドル１２を操作すると、対物レボルバ４とともに対物レンズ１１が光軸Ａ１の方向（図１の上下方向）に移動して、試料ステージ２上の生体組織８に対して対物レンズ１１の焦点が調節される。

さらに、顕微鏡本体３の上部には鏡筒１４が設けられ、その鏡筒１４内には光路を切り替えるプリズム（図示略）が設けられている。この鏡筒１４内で光軸Ａ１が２系統に分割され、一方の光軸Ａ１上に接眼レンズ１５が設けられ、他方の光軸Ａ１上にＣＣＤカメラ１６が設けられている。

対物レンズ１１の焦点を調節してその焦点が生体組織８の表面に一致すると、生体組織像が対物レンズ１１を通って接眼レンズ１５に導かれ、生体組織８の光学像が観察可能となる。また、ＣＣＤカメラ１６は、接眼レンズ１５で観察される生体組織８の光学像と同じ画像を撮影し、その画像に対応する画像信号をパソコン６に出力する。

図１，図２に示されるように、超音波プローブ５は、水などの超音波伝達媒体Ｗを貯留可能な貯留部２１をその先端部に有するプローブ本体２２と、プローブ本体２２の略中心部に配置される超音波トランスデューサ２３と、プローブ本体２２を前記試料ステージ２の面方向に沿って二次元的に走査するためのＸ−Ｙステージ２４とを備える。プローブ本体２２の貯留部２１は上部が開口しており、その貯留部２１の開口側を上向きにした状態で超音波プローブ５が試料ステージ２の下方に設置されている。本実施の形態の超音波プローブ５は、光学顕微鏡のコンデンサ（集光器）３０と同じ場所に装着可能となっている。従って、超音波プローブ５を装着する場合には、あらかじめコンデンサ３０をコンデンサ取付部から取り外しておき、そのコンデンサ取付部に超音波プローブ５の下部を固定する。なお、固定の手段は特に限定されず、ボルトやねじ等の締結手段を用いることができる。

超音波トランスデューサ２３は、酸化亜鉛の薄膜圧電素子２６とサファイアロッドの音響レンズ２７とからなり、パルス励起されることで発振した超音波を生体組織８に向けて照射する。超音波トランスデューサ２３が照射する超音波は、貯留部２１の超音波伝達媒体Ｗを介して円錐状に収束されて樹脂プレート９の上面（生体組織８の表面）で焦点を結ぶようになっている。なお、超音波トランスデューサ２３としては、口径１．２ｍｍ、焦点距離１．５ｍｍ、中心周波数８０ＭＨｚ、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）の仕様のものを用いている。

本実施の形態における超音波トランスデューサ２３は、照射する超音波の音軸Ａ２が対物レンズ１１の光軸Ａ１に対して略一致するようプローブ本体２２に配置されている（図１参照）。そして、そのプローブ本体２２の下端部はＸ−Ｙステージ２４上に固定されている。

また、プローブ本体２２の下端部には光源２８が設けられている。光源２８は、例えば発光ダイオードなどからなり、超音波トランスデューサ２３の外周を囲むように複数設けられている。本実施の形態のプローブ本体２２は、光を透過する樹脂材料、例えば、透明なアクリル樹脂を用いて形成されており、光源２８が発する光を生体組織８の近傍まで導く光導波構造を有する。そして、そのプローブ本体２２の先端部（図１の上端部）には、光源２８からの光が対物レンズ１１の焦点位置に収束するよう傾斜したテーパー面２９が形成されている。このテーパー面２９を含むプローブ本体２２の先端部は、光源２８の光を集光するコンデンサレンズとして機能するとともに、超音波伝達媒体Ｗを溜める貯留部２１として機能する。

図３は、超音波画像検査装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

図３に示されるように、超音波プローブ５は、超音波トランスデューサ２３と、Ｘ−Ｙステージ２４と、Ｉ／Ｆ回路３１と、パルス発生回路３２と、受信回路３３と、送受波分離回路３４と、検波回路３５と、Ａ／Ｄ変換回路３６と、エンコーダ３７と、コントローラ３８と、駆動モータ３９Ｘ，３９Ｙとを備える。

Ｘ−Ｙステージ２４は、超音波の照射点を二次元的に走査させるためのＸステージ２４Ｘ及びＹステージ２４Ｙを備えるとともに、それぞれのステージ２４Ｘ，２４Ｙを駆動するモータ３９Ｘ，３９Ｙを備えている。これらのモータ３９Ｘ，３９Ｙとしては、ステッピングモータやリニアモータが使用される。

各モータ３９Ｘ，３９Ｙにはコントローラ３８が接続されており、該コントローラ３８の駆動信号に応答してモータ３９Ｘ，３９Ｙが駆動される。これらモータ３９Ｘ，３９Ｙの駆動により、Ｘステージ２４Ｘを連続走査（連続送り）するとともに、Ｙステージ２４Ｙを間欠送りとなるよう制御することで、Ｘ−Ｙステージ２４の高速走査が可能となっている。

また、本実施の形態においては、Ｘステージ２４Ｘに対応してエンコーダ３７が設けられ、エンコーダ３７によりＸステージ２４Ｘの走査位置が検出される。具体的には、走査範囲を３００×３００個の測定点（ピクセル）に分割した場合、１回のＸ方向（水平方向）の走査が３００分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ３７によって検出され、Ｉ／Ｆ回路３１を介してパソコン６に取り込まれる。パソコン６はそのエンコーダ３７の出力に同期して駆動制御信号を生成して、その駆動制御信号をＩ／Ｆ回路３１を介してコントローラ３８に供給する。コントローラ３８は、この駆動制御信号に基づいてモータ３９Ｘを駆動する。また、コントローラ３８は、エンコーダ３７の出力信号に基づきＸ方向の１ラインの走査が終了した時点でモータ３９Ｙを駆動して、Ｙステージ２４ＹをＹ方向に１ピクセル分移動させる。

さらに、コントローラ３８は、駆動制御信号に同期してトリガ信号を生成してパルス発生回路３２に供給する。これにより、パルス発生回路３２において、そのトリガ信号に同期したタイミングで励起パルスが生成される。その励起パルスが送受波分離回路３４を介して超音波トランスデューサ２３に供給される結果、超音波トランスデューサ２３から超音波が照射される。

図４には、Ｘ−Ｙステージ２４の移動に伴う超音波の走査範囲Ｒ１の一例を示している。この例では、走査範囲Ｒ１の左上の隅にリファレンス部材１０が配置されるようになっており、その位置から走査が開始される。そして、矢印で示すように、生体組織８の表面に沿ってＸ方向及びＹ方向に二次元的に走査が順次行われる。なお、走査範囲Ｒ１におけるＸ方向及びＹ方向の幅は、対物レンズ１１の倍率（ＣＣＤカメラ１６で撮影される光学像のサイズ）に応じて設定される。

超音波トランスデューサ２３の薄膜圧電素子２６は、送受波兼用の超音波振動子であり、生体組織８で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は、送受波分離回路３４を介して受信回路３３に供給される。受信回路３３は、信号増幅回路を含んで構成されていて、反射波の信号を増幅して信号検出手段としての検波回路３５に出力する。

検波回路３５は、図示しないゲート回路、遅延回路、演算回路、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）及びピークホールド回路などを含み、生体組織８からの反射波の信号強度を検出する。検波回路３５の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路３６に供給されてＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路３１を介してパソコン６に転送される。

Ｉ／Ｆ回路３１としては、パソコン等の標準インターフェースであるＵＳＢインターフェースが用いられる。なお、Ｉ／Ｆ回路３１としては、ＵＳＢインターフェースの他にＩＥＥＥ１３９４インターフェースを採用してもよく、また、データ転送速度は遅くなるが、シリアルインターフェースやパラレルインターフェースを採用することもできる。

パソコン６は、ＣＰＵ４１、Ｉ／Ｆ回路４２，４３、メモリ４４、記憶装置４５、入力装置４６、及び表示装置４７を備え、それらはバス４８を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ４１は、メモリ４４を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、Ｘ−Ｙステージ２４による二次元走査を制御するためのプログラム、音響パラメータ値としての音響インピーダンスを算出するためのプログラム、各画像（音響インピーダンス像、光学像、及びそれらの重合像）を表示するためのプログラムなどを含む。

Ｉ／Ｆ回路４２は、超音波プローブ５との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）である。Ｉ／Ｆ回路４２は、超音波プローブ５に制御信号（コントローラ３８への駆動制御信号）を出力したり、超音波プローブ５からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路３６からＩ／Ｆ回路３１を介して転送されるデータ）を入力したりする。Ｉ／Ｆ回路４３は、ＣＣＤカメラ１６との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）であり、ＣＣＤカメラ１６に制御信号を出力したり、該カメラ１６からの画像信号を入力したりする。

表示装置４７は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのカラーディスプレイであり、生体組織８の画像（音響インピーダンス像、光学像、及び重合像）や各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置４６は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。

記憶装置４５は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、制御プログラム及び各種のデータを記憶している。ＣＰＵ４１は、入力装置４６による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置４５からメモリ４４へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ４１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置４５にインストールして利用する。

次に、生体組織８の音響インピーダンスを算出する方法について説明する。

本実施の形態では、リファレンス部材１０からの反射波の強度と生体組織８からの反射波の強度とを測定し、それら反射波の強度に基づいて生体組織８の音響インピーダンスを求めている。

具体的には、図５に示すように、樹脂プレート９を介してリファレンス部材１０に超音波Ｓｏを照射し、リファレンス部材１０での反射波Ｓｒを測定する。リファレンス部材１０においてその表面と直交する角度で照射される超音波（入射波）Ｓｏと反射波Ｓｒとの間には、次式（１）の関係が成り立つ。

ただし、Ｚｓは樹脂プレート９の音響インピーダンスであり、Ｚｒはリファレンス部材１０の音響インピーダンスである。

また、図６に示すように、樹脂プレート９を介して生体組織８に超音波Ｓｏを照射し、生体組織８での反射波Ｓｔを測定する。生体組織８においてその表面と直交する角度で照射される超音波Ｓｏと反射波Ｓｔとの間には、次式（２）の関係が成り立つ。

ただし、Ｚｔは生体組織８の音響インピーダンスである。

従って、上記式（１），（２）から生体組織８の音響インピーダンスＺｔは、次式（３）により求められる。

なお、樹脂プレート９の音響インピーダンスＺｓやリファレンス部材１０の音響インピーダンスＺｒは、制御プログラムのデータとして記憶装置４５に予め記憶されている。また、上記の式（２）で示されるように、樹脂プレート９の音響インピーダンスＺｓが生体組織８の音響インピーダンスＺｔと等しい場合、生体組織８表面で超音波が反射しなくなる。そのため、樹脂プレート９としては、生体組織８の音響インピーダンスＺｔを考慮してその材料を選択するとよく、例えば、音響インピーダンスＺｓが生体組織８の３倍程度の大きさの材料を用いる。また、超音波伝達媒体Ｗとの界面となる樹脂プレート９の下面側でも超音波の反射が起こるため、超音波伝達媒体Ｗの音響インピーダンスも考慮して樹脂プレート９の材料を選択することが好ましい。

次に、本実施の形態において、ＣＰＵ４１が実行する画像表示処理について説明する。

図７に示すように、ＣＰＵ４１は、ＣＣＤカメラ１６を駆動することにより該カメラ１６で撮影した光学像の画像信号をＩ／Ｆ回路４３を介して取り込み、周知の画像処理を行う。ＣＰＵ４１は、この画像処理を行うことにより、光学像に対応した画像データ（光学像データ）を生成し、そのデータを光学像データ記憶手段としてのメモリ４４に記憶させる（ステップ１００）。なお、ＣＣＤカメラ１６では、超音波の走査範囲Ｒ１（図４参照）と同じ視野の光学像が撮影され、その光学像に対応する画像データが取得される。

その後、ＣＰＵ４１は、超音波プローブ５を駆動することにより該超音波プローブ５で取得した反射波信号をＩ／Ｆ回路４２を介して取り込み、音響インピーダンス像の画像データ（音響像データ）を生成するための処理を行う（ステップ２００）。

図８は、そのデータ生成処理の具体例を示している。

まず、超音波プローブ５の初期動作として、ＣＰＵ４１からの指示に基づいてコントローラ３８によりモータ３９Ｘ，３９Ｙが駆動され、走査位置がリファレンス部材１０に位置するようにＸ−Ｙステージ２４が移動する。またこのとき、励起パルスがトランスデューサ２３に供給されると、図５に示すように、リファレンス部材１０に超音波Ｓｏが照射され、その反射波Ｓｒが検波回路３５で検出される。そして、ＣＰＵ４１は、Ａ／Ｄ変換回路３６で変換されたデジタルデータをＩ／Ｆ回路３１，４２を介して取得し、そのデータをリファレンス部材１０の反射波の強度としてメモリ４４に一旦格納する（ステップ２１０）。

その後、ＣＰＵ４１からの指示に基づいてコントローラ３８によりモータ３９Ｘ，３９Ｙが駆動され、Ｘ−Ｙステージ２４による二次元走査が開始される。ＣＰＵ４１は、エンコーダ３７の出力に基づいて測定点の座標データを取得する（ステップ２２０）。そして、図６に示すように、生体組織８に超音波Ｓｏが照射され、その反射波Ｓｔが検波回路３５で検出される。ＣＰＵ４１は、Ａ／Ｄ変換回路３６で変換されたデジタルデータを生体組織８の反射波の強度としてメモリ４４に一旦格納する（ステップ２３０）。

その後、演算手段としてのＣＰＵ４１は、得られたリファレンス部材１０及び生体組織８での反射波Ｓｒ，Ｓｔの強度と、リファレンス部材１０及び樹脂プレート９の音響インピーダンスＺｒ，Ｚｓとを用いて、上記の式（３）に対応した演算処理を行い測定点での音響インピーダンスＺｔを算出する。そして、ＣＰＵ４１は、算出された音響インピーダンスＺｔを、測定点の座標データに関連付けてメモリ４４に記憶させる（ステップ２４０）。

その後、音響像データ生成手段としてのＣＰＵ４１は、算出した音響インピーダンスＺｔに基づいて音響インピーダンス像を生成するための画像処理を行う（ステップ２５０）。詳しくは、ＣＰＵ４１は、音響インピーダンスＺｔを用いてカラー変調処理を行い、音響インピーダンスＺｔの大きさに応じた画像データを生成し、該画像データをメモリ４４に記憶させる。

ＣＰＵ４１は、全ての測定点での処理が終了し、１画面分の画像データが取得されたか否かを判断する（ステップ２６０）。ここで、全データが取得されていない場合、ＣＰＵ４１は、ステップ２２０に戻って、ステップ２２０〜２６０の処理を繰り返し実行し、全データが取得された場合には、図７に示すステップ３００に移行する。

ステップ３００において、表示選択手段としてのＣＰＵ４１は、画像の表示モードを選択するための選択画面を表示装置４７に表示させる。本実施の形態の表示モードとしては、光学像を表示する第１モードと、音響インピーダンス像を表示する第２モードと、光学像と音響インピーダンス像とを重ね合わせた重合像を表示する第３モードとが用意されている。図１に示されるように、表示装置４７の選択画面上には、各モードを選択するための選択ボタンＢ１（アイコン）が表示されている。そして、ユーザが入力装置４６を操作することで、各モードのなかから所定の表示モードが選択される。

ＣＰＵ４１は、ユーザにより選択された表示モードがどのモードであるかを判定する。表示モードが第１モードである場合、ＣＰＵ４１は、ＣＣＤカメラ１６を用いて取得した光学像の画像データをメモリ４４から読み出し、該データを表示装置４７に転送する（ステップ４００）。その結果、表示装置４７の画面上には、図９に示すような生体組織８の光学像５１が表示される。なお、本実施の形態の生体組織８は無染色状態であるため、光学像５１では主として組織の輪郭（具体的には細胞壁など）が描出される。つまり、この光学像５１には色情報は殆ど含まれていない。

また、ＣＰＵ４１は、判定した表示モードが第２モードである場合、超音波プローブ５を用いて取得した音響インピーダンス像の画像データをメモリ４４から読み出し、該データを表示装置４７に転送する（ステップ５００）。その結果、表示装置４７の画面には、図１０に示すような生体組織８の音響インピーダンス像５２が表示される。この音響インピーダンス像５２はカラー変調処理を行うことで得られたものであるため、多くの色情報を含んでいる。ただし、組織の輪郭に関しては、光学像５１のほうがいくぶん鮮明である。

なお、本実施の形態の超音波画像検査装置１において、ＣＣＤカメラ１６によって撮影される光学像５１は生体組織８の表面（上面）の画像であり、超音波プローブ５によって取得される音響インピーダンス像は生体組織８の裏面（下面）の画像である。つまり、音響インピーダンス像は、光学像に対して上下及び左右が反転された画像となる。従って、ステップ５００では、ＣＰＵ４１はメモリ４４から読み出した画像データを並び替えて表示装置４７に転送する。これにより、音響インピーダンス像５２は、光学像と同じ方向、すなわち上方から見た画像となるよう上下及び左右が反転された画像として表示装置４７に表示される。

この表示装置４７の画面において、音響インピーダンス像５２は、生体組織８での音響インピーダンスの大きさに応じて色分けされて表示される。なお、図１０では、説明の便宜上、音響インピーダンスの分布を異なるハッチングで区別して示しているが、実際はカラー画像である。従って、このときの像は、音響インピーダンスに基づいて、生体組織８があたかも「擬似的に染色」されたかのように描出される。

さらに、重合像データ生成手段としてのＣＰＵ４１は、判定した表示モードが第３モードである場合、光学像５１及び音響インピーダンス像５２の画像データの両方を、メモリ４４から読み出してくる。そしてＣＰＵ４１は、光学像５１の画像データに、着色された音響インピーダンス像５２の画像データを重ね合わせることで、重合像の画像データを生成する。さらにＣＰＵ４１は、その重合像の画像データを表示装置４７に転送する（ステップ６００）。その結果、表示装置４７の画面上には、図１１に示すように、生体組織８の光学像５１と音響インピーダンス像５２とを重ね合わせた重合像５３が表示される。つまり、生体組織８の輪郭に色情報が付加されることから、染色液を用いてあたかも生体組織８を実際に染色したかのような像が表示される。この重合像５３によって、生体組織８の組織輪郭と音響インピーダンスの分布が確認され、光学像５１と音響インピーダンス像５２の相関性が確認される。

重合像５３が表示されると、表示装置４７の画面上には、表示処理の終了を指示するための終了ボタンのアイコンが表示される。そしてＣＰＵ４１は、そのボタン操作の有無を判定する（ステップ７００）。ここで、ＣＰＵ４１は、ユーザによる終了ボタンの操作がない場合には、ステップ３００に戻り、ステップ３００〜７００の処理を繰り返し実行する。そして、ユーザが入力装置４６を操作してその終了ボタンを押したときに図７の処理が終了する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態の超音波画像検査装置１は、光学顕微鏡の対物レンズ１１を用いて観察される光学像５１に対して音響インピーダンス像５２を重ね合わせた画像（重合像）５３を表示することができる。よって、観察者はその重合像５３を見ることによって、光学像５１と音響インピーダンス像５２との相関性を容易にかつ正確に把握することができる。ゆえに、生体組織８の組織診断をより正確に行うことができる。

（２）本実施の形態の超音波画像検査装置１では、試料ステージ２に載置された生体組織８を動かすことなく、その生体組織８の光学像５１と音響インピーダンス像５２とを取得することができる。このため、光学顕微鏡で光学像５１を取得し、超音波顕微鏡で音響インピーダンス像５２を取得する場合、つまり別々の顕微鏡で各画像５１，５２を取得する場合と比較して、生体組織診断を迅速に行うことができる。しかも、染色液を用いて実際に染色を行わなくても、あたかも染色を行ったかのような光学像を得ることができる。このことも生体組織診断の迅速化に寄与している。

（３）本実施の形態の超音波画像検査装置１において、超音波トランスデューサ２３は、照射する超音波の音軸Ａ２が対物レンズ１１の光軸Ａ１に対して略一致するように配置される。このような配置態様にすると、光学レンズ１１を用いて取得される生体組織８の光学像５１と同じ場所の音響インピーダンス像５２を容易に取得することができ、それら画像のデータを利用して重合像５３の画像データ（重合像データ）を迅速に生成することができる。

（４）本実施の形態の場合、Ｘ−Ｙステージ２４によりプローブ本体２２が試料ステージ２の面方向に沿って二次元的に走査される。従って、焦点を絞って超音波を照射することにより、生体組織８の音響インピーダンス像５２を速やかにかつ正確に得ることができる。

（５）本実施の形態の超音波画像検査装置１では、光学像５１の画像データと音響インピーダンス像５２の画像データとがメモリ４４に記憶される。このため、画像の取得時以外でも、その画像データを利用して生体組織８の光学像５１、音響インピーダンス像５２、及び重合像５３を表示装置４７に表示させることができ、生体組織８の性状を確認することができる。

（６）測定条件（温度や測定系の回路特性）が変化し、超音波トランスデューサ２３から出力される超音波の強度が変動したとしても、図５に示すように、リファレンス部材１０の反射波Ｓｒを検出し、その強度に基づいて音響インピーダンスを算出することにより、測定条件の変動に応じた補正が可能となる。これにより、正確な音響インピーダンス像５２を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・超音波画像検査装置１において、顕微鏡本体３への超音波プローブ５の装着時に生じる機械的誤差などに起因して、ＣＣＤカメラ１６で取得した光学像５１と超音波プローブ５で取得した音響インピーダンス像５２とで観察位置のズレが生じる場合がある。この場合には、例えば以下のように構成することがよい。まずＣＰＵ４１が、光学像５１と音響インピーダンス像５２とについて、所定の画像認識処理を行うことで、リファレンス部材１０の位置を判断する。次にＣＰＵ４１が、そのリファレンス部材１０を基準に、光学像５１と音響インピーダンス像５２との位置合わせを行うようにする。このような処理を行えば、生体組織８における同じ位置の光学像５１と音響インピーダンス像５２とを重ね合わせることができ、重合像５３を適切に表示させることができる。

・上記実施の形態では、超音波プローブ５のプローブ本体２２に二次元走査手段としてのＸ−Ｙステージ２４を設ける構成であったが、試料ステージ２側に二次元走査手段を設けてもよい。なお、その超音波プローブを用いる場合には、二次元走査手段の駆動時に試料ステージ２とともに生体組織８が動くことになるため、生体組織８の光学像５１の観察は、二次元走査手段の停止時に行う必要がある。従って、上記実施の形態のように、プローブ本体２２に二次元走査手段を備える構成を採用した方が、二次元走査手段の駆動時にも生体組織８の光学像５１の観察が可能となるので実用上好ましいものとなる。

・上記実施の形態において、走査開始時にリファレンス部材１０での反射波Ｓｒの強度を検出するものであったがこれに限定されるものではない。例えば、生体組織８における１走査ラインの音響インピーダンスの測定を行う度に、リファレンス部材１０での反射波Ｓｒの強度を検出して、その強度に基づいて音響インピーダンスの算出を行うようにしてもよい。この場合、リファレンス部材１０が両側もしくは片側に位置するよう走査範囲Ｒ１を設定する。このようにすれば、測定条件が急激に変わる場合に、測定条件の変動に応じた補正をリアルタイムで行うことができる。なお、リファレンス部材１０は、生体組織８のセット部の周縁に設ける必要はなく、走査範囲Ｒ１のいずれかの位置に設けるものであればよい。

・上記実施の形態では、測定点毎に反射波の強度を検出し音響インピーダンスを求めるようにしたが、反射波の強度の検出を全ての測定点について行い、その後の処理ステップにおいて各測定点での音響インピーダンス（１画面分の複数の音響インピーダンス）を一括で求めるようにしてもよい。

・上記実施の形態の超音波画像検査装置１では、音響インピーダンス像５２を光学像５１に重ね合わせて表示させるものであったが、音速像、強度像、減衰像などの他の音響像を光学像５１に重ね合わせて表示させてもよい。さらに、複数種類の音響像を重ね合わせて表示させてもよい。

・上記実施の形態の超音波画像検査装置１では、被検査物として生体組織８の観察を行うものであったが、それ以外に、例えば樹脂表面などの観察を行うようにしてもよい。

・上記実施の形態の超音波画像検査装置１は、光学像５１を取得するためにＣＣＤカメラ１６を備えるものであったが、それ以外の撮像装置を備えてもよい。

・上記実施の形態の超音波画像検査装置１は、光学顕微鏡と超音波顕微鏡の両方の機能を兼ね備える検査装置であるが、対物レボルバ４、対物レンズ１１、ＣＣＤカメラ１６などの光学顕微鏡の機能を省略してもよい。この場合、超音波画像検査装置とは別に設けた光学顕微鏡を用いて生体組織８の光学像データを取得し、その光学像データを超音波画像検査装置のメモリに記憶する。そして、超音波画像検査装置において、超音波プローブで取得した音響像データをその光学像データに重ね合わせて重合像データを生成する。このように構成しても、光学像と音響像とを重ね合わせた重合像を表示させることができ、生体組織診断を正確に行うことができる。

・上記実施の形態では、パソコン６を用いて超音波画像検査装置１を構成したが、それ以外にワークステーションなどのコンピュータを用いてもよい。また、画像を表示する表示装置４７は、パソコン６に一体的に設けられるものであったが、パソコン６と別体で設けてもよい。勿論、光学像５１と音響インピーダンス像５２とを別々の表示装置に表示させるように構成してもよい。

・上記実施形態では、光学像５１、音響インピーダンス像５２及び重合像５３のうちのいずれか１つを選択して画面上に表示する構成であったが、以下のように構成してもよい。例えば、同じ画面上にて光学像５１及び音響インピーダンス像５２を並べて表示するモードを追加してもよい。同様に、同じ画面上にて光学像５１及び重合像５３を並べて表示するモード、同じ画面上にて音響インピーダンス像５２及び重合像５３を並べて表示するモード、同じ画面上にて上記３種の像を全て並べて表示するモードなどを追加してもよい。

・上記実施形態では、カラー変調処理を施した音響インピーダンス像に基づいて重合像を得ていたが、この場合においてカラー変調処理以外の処理を施すようにしてもよい。例えば、音響インピーダンス値の大小に基づいて濃淡を付すような階調処理を施してもよい。また、所定のしきい値を設定して音響インピーダンス値がそのしきい値よりも大きいか否かを判定し、大である場合に着色するような処理（いわゆる二値化処理）を施すようにしてもよい。そしてこれらの処理を施した場合においても、光学像に色情報を付加することができ、光学像を擬似的に染色することができる。

・上記実施形態では、染色液による染色を施していない生体組織８を被検査物としたが、染色液による染色を施した生体組織８を被検査物としても勿論構わない。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項２において、前記重合像データ生成手段が生成した重合像データに基づいて前記被検査物の画像を表示するための表示装置をさらに備えることを特徴とする超音波画像検査装置。

（２）上記（１）において、前記表示装置に、前記被検査物の光学像と音響像とを別々に表示させる表示選択手段をさらに備えることを特徴とする超音波画像検査装置。

（３）請求項２において、前記光学顕微鏡を用いて観察される光学像を撮影するための撮像装置をさらに備え、その撮像装置で取得した光学像データを前記光学像データ記憶手段に記憶することを特徴とする超音波画像検査装置。

（４）上記（３）において、前記音響像データ及び光学像データを利用して、前記被検査物の画像を表示するための表示装置をさらに備えることを特徴とする超音波画像検査装置。

（５）請求項２において、前記信号検出手段は、前記反射波の信号強度を検出するものであり、前記音響パラメータ値は、前記反射波の信号強度に基づいて算出される音響インピーダンス値であることを特徴とする超音波画像検査装置。

（６）請求項２において、前記超音波トランスデューサは、その音軸が前記光学顕微鏡の対物レンズの光軸に対して略一致するように配置されることを特徴とする超音波画像検査装置。

本発明を具体化した一実施の形態の超音波画像検査装置を示す概略構成図。 超音波プローブを示す概略断面図。 超音波画像検査装置の電気的構成を示すブロック回路図。 超音波の走査範囲を示す説明図。 リファレンス部材での反射を説明するための説明図。 生体組織での反射を説明するための説明図。 画像表示処理を示すフローチャート。 音響インピーダンス像のデータ生成処理を示すフローチャート。 光学像を示す説明図。 音響インピーダンス像を示す説明図。 光学像と音響インピーダンス像との重合像を示す説明図。

符号の説明

１…超音波画像検査装置
８…被検査物としての生体組織
２３…超音波トランスデューサ
２４…二次元走査手段としてのＸ−Ｙステージ
３５…信号検出手段としての検波回路
４１…演算手段、音響像データ生成手段、重合像データ生成手段としてのＣＰＵ
４４…光学像データ記憶手段としてのメモリ
Ｗ…超音波伝達媒体

Claims (3)

1. パルス励起型超音波顕微鏡を利用して超音波を二次元走査しながら被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物を可視化する超音波画像検査方法であって、
   前記被検査物に向けて超音波を照射するステップと、
   前記被検査物の表面からの反射波を用いて前記被検査物の音響パラメータ値を求めるステップと、
   前記被検査物の音響パラメータ値に基づいてカラー変調処理を行うことにより、着色された音響像データを生成するステップと、
   光学顕微鏡による前記被検査物の観察により得られる光学像データに、前記着色された音響像データを重ね合わせるステップと
   を含むことを特徴とする超音波画像検査方法。
2. パルス励起型超音波顕微鏡を利用して超音波を二次元走査しながら被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物を可視化する超音波画像検査装置であって、
   パルス励起により発振した超音波を被検査物に向けて照射しその反射波を受信して電気信号に変換する超音波トランスデューサと、
   前記超音波の照射点を二次元的に走査させる二次元走査手段と、
   前記超音波トランスデューサで得られた前記電気信号に基づいて前記反射波の信号を検出する信号検出手段と、
   前記信号検出手段により検出された前記反射波の信号に基づいて前記被検査物の音響パラメータ値を求める演算手段と、
   前記被検査物の音響パラメータ値に基づいてカラー変調処理を行うことにより、着色された音響像データを生成する音響像データ生成手段と、
   光学顕微鏡による前記被検査物の観察により得られる光学像を光学像データとして記憶する光学像データ記憶手段と、
   前記光学像データに前記着色された音響像データを重ね合わせた重合像データを生成する処理を行う重合像データ生成手段と
   を備えたことを特徴とする超音波画像検査装置。
3. 光学顕微鏡による被検査物の観察により得られる光学像に、前記被検査物の測定により求められた超音波パラメータ値に基づいて得られる色情報を付加することによって、前記光学像を擬似的に染色することを特徴とする超音波擬似染色方法。

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